WHITEPAPER TECHNIK | Beton
Der heutige hochtechnisierte Beton besteht aus bis zu sechs Komponenten: Zement, Zuschlag, Wasser, Zusatzmittel, Zusatzstoffe und Luft. Basierend auf den Regelungen in DIN EN 206 und DIN 1045-2 werden Stahlbetone in verschiedene Klassen eingeteilt. Die Klassifizierung erfolgt nach Umwelteinwirkungen, nach Frost- und Taumittelwiderstand, nach dem Widerstand gegen chemische Angriffe und nach der Verschleißbeanspruchung, die alle durch eine exakt vorgenommene Abstimmung der genannten Komponenten herstellbar sind.
Erfahren Sie mehr über den Inhalt:
Anforderungen an Beton
Klassifizierungen
Frischbeton
Zemente, Zuschläge und Zusätze
Zementarten
Zuschläge – Gesteinskörnungen
Betonzusätze
Bewehrung und Schalung
Bewehrung
Schalungen
Mehr über das WHITEPAPER TECHNIK | Beton
Einleitung
Über Jahrhunderte bestand Beton aus einem Gemisch aus Zement, Wasser und Gesteinszuschlag. Doch der heutige hochtechnisierte Beton hat bis zu sechs Komponenten: Zement, Zuschlag, Wasser, Zusatzmittel, Zusatzstoffe und Luft. Aufgrund der zahlreichen Modifizierungsmöglichkeiten kann Beton selbstverdichtend sein, kann hochfest oder säureresistent eingestellt werden.
Arten von Beton
Die Trockenrohdichte von Normalbeton beträgt von 2.000 kg/m³ bis zu 2.600 kg/m³. Gefügedichte Betone mit einer Rohdichte unter 2.000 kg/m³ gelten als Leichtbetone. Sie besitzen eine bessere Dämmwirkung als Normalbeton. Haufwerksporiger Leichtbeton wiederum besitzt eine bessere Dämmwirkung als gefügedichter Leichtbeton. Er wird bei Fertigteilen, Mauersteinen und Stahlbetondielen für Dach- und Deckenplatten eingesetzt. Infraleichtbeton besitzt eine Rohdichte von unter 800 kg/m³. Er ist nicht genormt und erfordert eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE). Selbstverdichtender Beton (SVB) eignet sich für geometrisch anspruchsvolle Bauteile, und WU-Beton verhindert den Durchtritt von flüssigem Wasser in Beton.
Anforderungen an Beton
Beton wird insbesondere in zwei Normen standardisiert: DIN EN 206: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität, sowie DIN 1045-2: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität.
Klassifizierungen
Die Festlegung des Betons muss mindestens Angaben enthalten zu Druckfestigkeitsklasse, Expositionsklassen, Größtkorn der Gesteinskörnung sowie Klasse des Chloridgehalts. Für Leichtbeton gilt zusätzlich: Rohdichteklasse oder Zielwert der Rohdichte; für Schwerbeton gilt zusätzlich: Zielwert der Rohdichte.
Expositionsklassen
Basierend auf den Regelungen in DIN EN 206 und DIN 1045-2 werden Betone (bewehrte Betone) in verschiedene Klassen eingeteilt. Die Klassifizierung erfolgt nach Umwelteinwirkungen (für die Bewehrung), nach Frost- und Taumittelwiderstand (für den Beton), nach dem Widerstand gegen chemische Angriffe (Beton), nach der Verschleißbeanspruchung (Beton). Ebenso erfolgt eine Klassifizierung nach Feuchtebeanspruchung (W-Klassen).
Einwirkungsarten sind:
0 – kein Angriffsrisiko (X0)
Bewehrungskorrosion
C – Karbonatisierung (XC)
D – Chloride (XD)
S – Chloride aus Meerwasser (XS)
Betonangriff
F – Frost und Taumittel-Widerstand (XF)
A – Chemischer Angriff (XA)
M – Verschleißbeanspruchung (XM)
Frischbeton
Frischbeton muss in seinen Eigenschaften ebenso bestimmt werden wie der resultierende Festbeton. Der Einsatz von Zusatzmitteln und Zusatzstoffen kann die erforderlichen Frischbetoneigenschaften mit den gewünschten Festbetoneigenschaften kombinieren.
Der Wasserzementwert
Zement kann eine Wassermenge von rund 40 % seiner Masse binden. Steigt die Wassermenge bei gleicher Zementmenge, steigt der Wasserzementwert. Für die jeweiligen Expositionsklassen des Betons ist der Wasserzementwert zu begrenzen, um eine ausreichende Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit des Zementsteingefüges zu erhalten.
Konsistenz von Beton
Die Konsistenz des Betons muss vom Planer festgelegt werden. Mit Konsistenz ist die Steifigkeit des Frischbetons gemeint, was auch bedeutet: seine Verarbeitbarkeit, seine Verdichtbarkeit, die Förderbarkeit und die Einbaubarkeit.
- Setzmaß nach EN 12350‐2 (Klassen S1 bis S5)
- Setzfließmaß nach EN 12350‐8 (Klassen V0 bis V4)
- Verdichtungsmaß nach EN 12350‐4
- Klasse C0 – sehr steif; C1 – steif; C2 – plastisch; C3 - weich
- Ausbreitmaß nach EN 12350‐5
In Deutschland wird i.d.R. das Ausbreitmaß zur Konsistenzbestimmung herangezogen, bei steiferen Konsistenzen auch das Verdichtungsmaß.
Zemente, Zuschläge und Zusätze
Zement ist als Bindemittel ein zentraler Bestandteil von Beton. Durch die Mischung mit Wasser entsteht aus Zement Zementleim; im ausgehärteten Zustand spricht man von Zementstein.
Zementarten
Es werden fünf Haupt-Zementarten unterschieden, welche in 27 Unterarten eingeteilt werden:
CEM I: Portlandzement
CEM II: Portlandkompositzemente
CEM III: Hochofenzement
CEM IV: Puzzolanzement
CEM V: Kompositzement
DIN EN 14216 beschreibt darüber hinaus Zemente mit sehr niedriger Hydratationswärme: Hochofenzement VLH III, Puzzolanzement VLH IV und Kompositzement VLH V.
Die Zemente werden in den Festigkeitsklassen 22,5, 32,5, 42,5 und 52,5 hergestellt. Sie werden nochmals unterteilt in die Anfangsfestigkeiten (ausgenommen 22,5) niedrig (L = Low), normal, üblich (N = Normal) und hoch (R = Rapid).
Sonderzemente
Man unterscheidet zusätzlich Zemente mit niedriger Hydratationswärme (LH-Zemente, LH = low heat), geeignet für massige Bauteile und zum Betonieren bei hohen Außentemperaturen. Ebenso gibt es Zemente mit sehr niedriger Hydratationswärme (VLH-Zemente), geeignet für massige Bauwerke mit großen Volumen (z. B. Staudämme), Zemente mit hohem Sulfatwiderstand (SR-Zemente, SR = sulfate resisting), geeignet für Betone mit hohem Sulfatwiderstand, Zemente mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt – Zement (na), Zemente mit frühem Erstarren (FE-Zemente), Zemente mit schnellem Erstarren (SE-Zemente), Zemente mit erhöhtem Anteil organischer Bestandteile (HO-Zemente) sowie Weißzement für eingefärbte Betone und hydrophobierte Zemente für die Bodenverfestigung.
Zuschläge – Gesteinskörnungen
Gesteinskörnungen bilden bis zu 80 % des Betonvolumens. Die Eigenschaften des Betons werden in hohem Maße von der Gesteinskörnung und ihrer Sieblinie beeinflusst.
Gesteinskörnungen unterscheiden sich nach ihrer Herkunft (natürlich oder industriell hergestellt), nach der Gesteinsart, der Rohdichte, der Kornform und der Korngröße. Sie nehmen wesentlichen Einfluss auf Verarbeitbarkeit, Zementleimanteil, Volumen, Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Betons.
Sieblinien
Die Kornzusammensetzung von Korngemischen wird durch Sieblinien gekennzeichnet. Unabhängig vom Größtkorn des Korngemisches wird die untere Sieblinie mit A, die mittlere mit B und die obere mit C bezeichnet. Die Sieblinien A und B begrenzen den günstigen Bereich, B und C den brauchbaren Bereich. Als ungünstig gelten Korngemische, deren Sieblinie unter A oder oberhalb von C liegt.
Betonzusätze
Durch das Hinzufügen von Zusätzen können die Betoneigenschaften verändert werden. Das betrifft die Verarbeitbarkeit, die Festigkeit, die Dichtigkeit, wie ebenso die Betonoberfläche. Betonzusatzstoffe sind nahezu inaktive Zusatzstoffe wie Pigmente und Gesteinsmehle oder puzzolanische oder latent hydraulische Zusatzstoffe wie Steinkohleflugasche, Hüttensand oder Silikastaub Betonzusatzmittel sind flüssige oder pulverförmige Stoffe, die z.B. Fließen und Erstarren, oder den Luftgehalt des Betons beeinflussen. Beispiele sind Betonverflüssiger, Fließmittel, Beschleuniger, Luftporenbildner, Dichtungsmittel, Stabilisierer, Viskositätsmodifizierer, Schaumbildner oder Schwindreduzierer.
Bewehrung und Schalung
Bewehrung
Für Stahlbetonbewehrungen wird gerippter oder profilierter Stahl eingesetzt. Bewehrungen dienen zur Aufnahme von Biege-, Torsions- und Zugkräften, in manchen Fällen (z.B. bei Stützen) nehmen sie auch Druckkräfte auf.
Betonstabstähle der Sorte B500B werden aus Betonstahl aus abgewickelten, warmgewalzten (WR) Ringen hergestellt. Stabstähle der Sorte B500A werden aus abgewickelten, kaltverfomten Ringen (KR) hergestellt.
Betonstahlmatten sind eine werksmäßig vorgefertigte flächige Bewehrung. Sie werden vorzugsweise als Bewehrung für flächige Bauteile eingesetzt. Es können Betonstähle der Sorten B500A und / oder B500B mit den Durchmessern 6 mm bis 14 mm verwendet werden.
Faserbewehrungen aus Glas- und Karbonfasern haben den Vorteil, nicht zu korrodieren. Daher fällt auch die nötige Betonüberdeckung deutlich geringer aus, was schlankere Bauteile ermöglicht.
Schalungen
Schalungskonstruktionen setzen sich zusammen aus Stützkonstruktion, Schalhaut, Aussteifungskonstruktion, Verbindungsmitteln und Zubehör (Abstandhalter, Hülsen, Schalungsanker etc.). Die Schalhäute und Schalkonstruktionen bestehen meist aus Holz, Stahl, Aluminium oder Kunststoff.